华东±kV特高压直流输电线路工程杆塔设计原则.docx

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1、准东-华东1100kV特高压直流输电线路工程杆塔设计原则国家电网公司直流建设部二一五年十月准东-华东1100kV特高压直流输电线路工程 杆塔设计原则目 录1 工程概况12 技术标准和规程规范13 电气条件23.1 气象条件组合23.2 导地线方案及参数133.3 运算用最大风速143.4 空气间隙153.5 极间距取值163.6 绝缘子串型及参数173.7 导地线布置方式263.8 防雷保护264 杆塔型式和杆塔规划274.1 杆塔型式274.2 杆塔规划275 荷载运算505.1 导地线风荷载运算505.2 绝缘子及金具荷载515.3 杆塔荷载条件525.4 电气荷载表535.5 杆塔荷载运

2、算535.6 荷载组合576 杆塔设计596.1 构造要求596.2 杆塔材料的使用616.3 特别杆塔设计636.4 铁塔与基础连接设计65附录1 角钢构件轴心受力强度与稳固运算69附录2 耐张塔45度大风工况运算71附录3 铁塔运算工况组合74表1 10mm冰区悬垂直线塔运算工况汇总74表2 10mm冰区悬垂转角塔运算工况汇总75表3 10mm冰区耐张塔运算工况汇总76表4 10mm冰区加强型悬垂直线塔运算工况汇总78表5 15mm中冰区悬垂直线塔运算工况汇总79表6 15mm中冰区悬垂转角塔运算工况汇总80表7 15mm中冰区耐张塔运算工况汇总82表8 单极终端塔运算工况汇总84表9 重

3、冰区悬垂直线塔荷载组合87表10 重冰区耐张塔荷载组合88准东-华东1100kV特高压直流输电线路工程 杆塔设计原则1 工程概况准东-华东1100kV特高压直流输电线路工程起于新疆准东五彩湾换流站，止于安徽皖南换流站，输送容量12000MW。线路航空直线长度2997.1km，初设路径全长约3324.143km（含长江大跨过3.143km），曲折系数1.11。线路途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽六省区，其中新疆境内约614km，甘肃境内约1282.5km，宁夏境内约187.5km，陕西境内约404km，河南境内约530.5km，安徽境内约305.643km。沿线海拔0m2400m之间，地势

4、比例为：平地46.1，丘陵21.1，一样山地18.8，高山大岭4，河网/泥沼5.2，沙漠4.8。设计基准风速取27m/s、29m/s、30m/s、31m/s、32m/s、33m/s、36m/s、37m/s、38m/s、41m/s、43m/s等十一种。设计覆冰取5mm、10mm、15mm、20mm、30mm五种。本工程在5mm、10mm冰区平丘地段采用8JL/G3A1250/70钢芯铝绞线；10mm冰区山区、15mm、20mm（重）冰区段采用8JL/G2A1250/100钢芯铝绞线，30mm冰区采用8JLHA4/G2A1250/100钢芯中强度铝合金导线。地线一根地线采用JLB20A-240铝包

5、钢绞线，另一根地线采用OPGW-240复合光缆。长江大跨过导线采用6JLHA1/G4A-900/240特强钢芯高强铝合金绞线。复合架空地线采用OPGW-300。2 技术标准和规程规范包含但不仅限于下述技术标准和规程规范适用于本工程的结构设计：（1）1100kV直流架空输电线路设计规范（报批稿）（2）建筑结构荷载规范（GB50009-2012）（3）钢结构设计规范(GB 50017-2003)（4）架空输电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T5154-2012）（5）重覆冰架空输电线路设计技术规程（DL/T54402009）（6）输电线路铁塔制图和构造规定（DL/T5442-2010）（7）参照执

6、行110kV750kV架空输电线路设计规范（GB 50545-2010）、800kV直流架空输电线路设计规范（GB50790-2013）及其他有关规程、规范、技术规定和参考资料（8）关于印发国家电网公司十八项电网重大反事故措施的通知(国家电网生技2012352号) （9）国家电网公司“两型三新”线路设计建设导则（国家电网基建200926号）（10）工程建设标准强制性条文（电力工程部分）（11）输变电工程建设标准强制性条文实施治理规程（12）参照执行锡泰、上山、酒湖、灵绍等800kV特高压直流输电线路工程的杆塔设计原则、研究成果及会议纪要等。（13）本工程相关专题研究报告。3 电气条件3.1 气

7、象条件组合根据沿线气象台的统计资料、风压分布图及邻近电力线路运行、设计体会，确定本工程一样线路段气象条件组合如下表所示：表3.1-1 全线气象条件一览表33 设计气象条件的组合气象名称气象条件组合包1包2包31234536m/s、10mm轻冰区37m/s、10mm轻冰区37m/s、10mm轻冰区41m/s、15mm中冰区43m/s、10mm轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-4000-4000-4000-4000-4000年平均气温5005005

8、00500500最大风速-5360-5370-5370-5410-5430覆冰情形-51010-51010-51010-51015-51010最高气温40004000400040004000安装-15100-15100-15100-15100-15100大气过电压1515015150151501515015150操作过电压522.50523.10523.10525.60526.80雷暴日10气象名称气象条件组合包3包467891043m/s、15mm中冰区41m/s、10mm轻冰区41m/s、10mm轻冰区43m/s、10mm轻冰区38m/s、5mm轻冰区气温风速覆冰气温风速风速气温气温风速气

9、温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()()(m/s)()()(m/s)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-4000-4000-3500-3500-3500年平均气温500500500500500最大风速-5430-5410-5410-5430-5380覆冰情形-51015-51010-51010-51510-5155最高气温40004000400040004000安装-15100-15100-15100-15100-15100大气过电压1515015150151501515015150操作过电压526.80525.60525.60526.80523.70雷暴日10气

10、象名称气象条件组合包4包5包6包7包8111213141533m/s、5mm轻冰区33m/s、5mm 33m/s、5mm轻冰区33m/s、5mm轻冰区33m/s、5mm轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-3500-3500-3500-3500-3500年平均气温500500500500500最大风速-5330-5330-5330-5330-5330覆冰情形-5155-5105-5105-5105-5105最高气温40004000400040004

11、000安装-15100-15100-15100-15100-15100大气过电压1515015150151501515015150操作过电压520.60520.60520.60520.60520.60雷暴日10气象名称气象条件组合包9包10161718192033m/s、5mm轻冰区32m/s、5mm轻冰区32m/s、10mm轻冰区29m/s、10mm轻冰区30m/s、10mm轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-3500-3500-3500-35

12、00-3500年平均气温500500500500500最大风速-5330-5320-5320-5290-5300覆冰情形-5105-5105-51010-51010-51010最高气温40004000400040004000安装-15100-15100-15100-15100-15100大气过电压1515015150151501515015150操作过电压520.6052005200518.10518.70雷暴日20气象名称气象条件组合包10包11包12212223242532m/s、10mm轻冰区31m/s、10mm轻冰区32m/s、10mm轻冰区33m/s、10mm轻冰区33m/s、10m

13、m轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-3500-3500-3500-3500-3500年平均气温500500500500500最大风速-5320-5310-5320-5330-5330覆冰情形-51010-51010-51010-51010-51010最高气温40004000400040004000安装-15100-15100-15100-15100-15100大气过电压1515015150151501515015150操作过电压5200519.

14、305200520.60520.60雷暴日20气象名称气象条件组合包13包13包14262728293033m/s、10mm轻冰区30m/s、10mm轻冰区29m/s、10mm轻冰区30m/s、15mm中冰区27m/s、10mm轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-3500-3500-3000-3000-3000年平均气温500500500500500最大风速-5330-5300-5290-5300-5270覆冰情形-51010-51010-510

15、10-51015-51010最高气温40004000400040004000安装-15100-15100-15100-15100-15100大气过电压1515015150151501515015100操作过电压520.60518.70518.10518.70516.90雷暴日20气象名称气象条件组合包15包16313231323327m/s、10mm轻冰区27m/s、15mm中冰区27m/s、10mm轻冰区27m/s、15mm中冰区29m/s、15mm中冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s

16、)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-3000-3000-3500-3500-3500年平均气温500500500500500最大风速-5270-5270-5270-5270-5290覆冰情形-51010-51015-51010-51015-51015最高气温40004000400040004000安装-15100-15100-15100-15100-15100大气过电压1510015100151001510015150操作过电压516.90516.90516.90516.90518.10雷暴日30气象名称气象条件组合包16包17包18343536373829m/s、20mm重冰区27m/

17、s、10mm轻冰区27m/s、10mm轻冰区27m/s、15mm中冰区29m/s、10mm轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-3500-3000-3000-3000-3000年平均气温5001000100010001000最大风速-5290-5270-5270-5270-5290覆冰情形-51520-51010-51010-51015-51010最高气温40004000400040004000安装-15100-15100-15100-15100-

18、15100大气过电压1515015100151001510015150操作过电压518.101016.901016.901016.901018.10雷暴日30气象名称气象条件组合包18包19394041424329m/s、15mm中冰区27m/s、10mm轻冰区30m/s、15mm中冰区30m/s、20mm重冰区30m/s 、30mm冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-3000-2000-2000-2500-2500年平均气温10001000100

19、0500500最大风速-5290-5270-5300-5300-5300覆冰情形-51015-51010-51015-51520-51530最高气温40004000400040004000安装-15100-10100-10100-10100-10100大气过电压1515015100151501515015150操作过电压1018.101016.901018.70518.70518.70雷暴日30气象名称气象条件组合包20包21包22444546474827m/s 、10mm轻冰区30m/s、10mm轻冰区30m/s、15mm中冰区27m/s、10mm轻冰区27m/s、10mm轻冰区气温风速覆冰

20、气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-2000-2000-2000-2000-2000年平均气温15001500150015001500最大风速-5270-5300-530052705270覆冰情形-51010-51010-510155101051010最高气温40004000400040004000安装-10100-10100-101001010010100大气过电压1510015150151501510015100操作过电压1516.901518.701518.

21、701516.901516.90雷暴日3040气象名称气象条件组合包23包24包25包26495051525327m/s、10mm轻冰区27m/s 、10mm轻冰区27m/s、10mm轻冰区29m/s、10mm轻冰区29m/s、10mm轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速气温气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)()()(m/s)(mm)最低气温-2000-2000-2000-2000-2000年平均气温15001500150015001500最大风速-5270-5270-5270-5290-5290覆冰情形-51010-51

22、010-51010-51010-51010最高气温40004000400040004000安装-10100-10100-10100-10100-10100大气过电压1510015100151001515015150操作过电压1516.901516.901516.901518.101518.10雷暴日40气象名称气象条件组合包26包2754555632m/s、10mm轻冰区32m/s、10mm轻冰区30m/s、10mm轻冰区气温风速覆冰气温风速覆冰气温风速覆冰()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)()(m/s)(mm)最低气温-2000-2000-2000年平均气温150015001500

23、最大风速-5320-5320-5300覆冰情形-51010-51010-51010最高气温400040004000安装-10100-10100-10100大气过电压151501515015150操作过电压15200152001518.70雷暴日40注：1）冰的比重0.9g/cm3。 2）雷电过电压工况的气温宜采用15，当基本风速折算到导线平均高度处其值大于等于35m/s 时雷电过电压工况的风速取15m/s，否则取10m/s；校验导线与地线之间的距离时，应采用无风、无冰工况。 3）操作过电压工况的气温可采用年平均气温，风速取基本风速折算到导线平均高度处值的50，但不宜低于15m/s，且无冰。 4

24、）带电作业工况的风速可采用10m/s，气温可采用15，且无冰5）大跨过设计冰厚，除无冰区段外，宜较邻近一样输电线路的设计冰厚增加5mm。准东-华东1100kV特高压直流输电线路工程杆塔设计原则地线设计冰厚应较导线增加5mm；不平稳张力系数取值按导线所在冰区执行；导地线配合及地线机电施工图等电气方面不增加5mm；地线增加5mm冰，仅针对地线支架强度设计而言，即水平、垂直、纵向荷载按增加5mm冰运算。3.2 导地线方案及参数本工程常规线路导线在5mm、10mm冰区的平丘地势采用8JL1/G3A-1250/70钢芯铝绞线，5mm、在10mm冰区山地及15mm、20mm冰区采用8JL1/G2A-125

25、0/100钢芯铝绞线，30mm冰区采用8JLHA4/G2A1250/100钢芯中强度铝合金导线。导线分裂间距550mm。长江大跨过段采用6JLHA1/G4A-900/240特强钢芯高强铝合金绞线，分裂间距暂取550mm。表3.2-1 常规线路导线特性参数表导线型号项目JL1/G3A-1250/70JL1/G2A-1250/100JLHA4/G2A1250/100导线类型钢芯铝绞线钢芯铝绞线钢芯中强度铝合金绞线结构股数直径（mm）铝764.58844.35844.35钢芯73.57192.61192.61截面积（mm2）铝1252.091248.381248.38钢芯70.07101.65101

26、.65总计1322.161350.031350.03直径（mm）47.3547.8547.85单位重量（kg/km）4011.14252.34252.3额定拉断力（kN）294.23329.85448.45弹性模量（MPa）622006520065200热膨胀系数（10-6/）21.120.520.520时直流电阻（/km）0.022910.0230.02481安全系数2.52.53.5注：参数以最终招标为准,导线设计拉断力均取额定拉断力的95%。表3.2-2 长江大跨过导线参数表导线型号项目JLHA1/G4A-900/240结构股数直径（mm）铝合金724.0钢芯372.86截面（mm2）铝

27、合金904.78钢芯237.7总截面1142.48直径（mm）44.02单位重量（kg/km）4375.22运算拉断力（kN）653.44热膨胀系数（106/）17.52弹性模量（MPa）8319020时直流电阻（/km）0.037152注： 参数以最终招标为准。设计拉断力均取额定拉断力的95%。常规线路段地线采用LBGJ-240-20AC铝包钢绞线和一根OPGW-240复合光缆；大跨过地线采用两根OPGW-300复合光缆。表3.2-2 地线参数表地线型号JLB20A-240OPGW-240OPGW-300面积（mm2）238.76231.7299.62结构根数直径（mm）1941/2.7+4

28、/2.5+12/2.5+13/3.81/3.3+5/3.2+12/3.2+17/3.4外径（mm）2020.322.9单位重量（kg/km）1595.51601220520直流电阻（W/km）0.36010.3740.42弹性模量（MPa）147220162000170100线膨胀系数（106/）13.013.012.0额定拉断力（kN）288.89299.6432.7注：1）地线参数按国网招标标准物料参数。2）OPGW光缆参数为暂定参考值,以最终招标为准。光缆的力学特性与一样地线相似，在运算荷载时，水平荷载、垂直荷载及纵向张力均按普通地线增加10%考虑。3.3 运算用最大风速3.3.1 设计

29、基本风速的基准高度为10m，重现期为100年。风压高度变化系数mz按800kV直流架空输电线路设计规范的规定取值。3.3.2 一样线路导线平均高度取40m，地线平均高取65m，导、地线张力弧垂运算时分别采用40m和65m高的风速值。3.3.3 塔头设计时风压不平均系数按下表确定。表3.3-1 风压不平均系数(a)基本设计风速(m/s)V2020V2727V31.531.5V36V36a 塔头设计（摇摆角运算）1.000.750.610.610.75a（运算杆塔荷载）1.000.850.750.700.70bc（杆塔荷载）1.001.101.201.301.303.3.4 校验塔头间隙时风压不平

30、均系数a 随水平档距不同按下表取值。表3.3-2 风压不平均系数a 随水平档距变化取值水平档距（m）200250300350400450500550a0.800.740.700.670.650.630.620.613.4 空气间隙3.4.1 悬垂塔不同海拔空气间隙要求如下表所示（操作过电压倍数分别按取1.5和1.58考虑）表3.4-1 空气间隙表海拔H(m)10001500200025003000工作过电压间隙值3.23.53.74.04.2操作过电压间隙值S(m)1.5p.u.8.18.48.79.09.2操作过电压间隙值S(m)1.58p.u.8.99.29.59.79.9注：空气间隙取值

31、，以电科院准东华东1100kV 特高压直流输电线路防雷保护和绝缘配合研究专题最终结论为准。3.4.2 耐张塔跳线空气间隙暂取1.1倍的间隙值。3.4.3 间隙裕度（1）悬垂塔、耐张塔间隙裕度：对横担下平面取300mm，对塔身取350mm；（2）裕度为电气、结构的总裕度。3.4.4 规划耐张塔间隙时，跳线型式按笼式硬跳线考虑。3.4.5 悬垂塔小弧垂悬垂塔间隙圆小弧垂参考取值，平地塔：1型取0.40m，2型取0.45m，3型取0.50m，4型取0.60m。山地塔：1型取0.7m，2型取0.8m，3型取0.9m，4型取1.0m，5型取1.2m，6型取1.3m。导线操作过电压风偏角统一取15。3.5 极间距取值3.5.1 直线塔极间距按下表取值悬垂直线塔极间距离不受可听噪声等电磁环境因素控制，悬垂直线塔最小极间距由塔头空气间隙、绝缘子串长及V串夹角控制。轻、中冰区直线塔极间距参照下表取值，重冰区极间距由绝缘子串长控制：表3.5-1 轻、中冰区直线塔最小极间距离海拔高度（m）100020003000极间距（m）1.50p.u.2426271.58p.u.262728注：1、此表针对27m/s风速，直线塔绝缘子串V串夹角75条件。当风速大于27m/s、V串夹角增大时，极间距离要根据表3.5-2适当增大。2、此表运算过程中塔身宽度取4.2